گرافین سپر کنڈکٹیویٹی زیادہ پرکشش ہے! تازہ ترین دریافت: گرافین میں "جادوئی زاویہ" کی حد توقع سے زیادہ ہے۔

سائنس اور کوانٹم فزکس کی سائنس میں موہر سٹرپس اور فلیٹ بیلٹس کے رویے نے جسے "جادوئی زاویہ" ٹوئسٹڈ بائلیئر گرافین (TBLG) کہا جاتا ہے نے سائنسدانوں کی بڑی دلچسپی کو اپنی طرف متوجہ کیا ہے، حالانکہ بہت سی خصوصیات کو گرما گرم بحث کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ سائنس پروگریس نامی جریدے میں شائع ہونے والی ایک نئی تحقیق میں، ایمیلیو کولیڈو اور ریاستہائے متحدہ اور جاپان میں طبیعیات اور مواد سائنس کے شعبے کے سائنسدانوں نے بٹی ہوئی بیلیئر گرافین میں سپر کنڈکٹیویٹی اور مشابہت کا مشاہدہ کیا۔ موٹ انسولیٹر حالت میں تقریباً 0.93 ڈگری کا موڑ زاویہ ہے۔ یہ زاویہ پچھلے مطالعہ میں شمار کیے گئے "جادوئی زاویہ" زاویہ (1.1°) سے 15% چھوٹا ہے۔ یہ مطالعہ ظاہر کرتا ہے کہ بٹی ہوئی بیلیئر گرافین کی "جادوئی زاویہ" کی حد پہلے کی توقع سے زیادہ ہے۔

یہ مطالعہ کوانٹم فزکس میں ایپلی کیشنز کے لیے بٹی ہوئی بیلیئر گرافین میں مضبوط کوانٹم مظاہر کو سمجھنے کے لیے نئی معلومات کا خزانہ فراہم کرتا ہے۔ طبیعیات دان "ٹوئسٹرونکس" کو ملحقہ وین ڈیر والز تہوں کے درمیان نسبتہ موڑ زاویہ کے طور پر بیان کرتے ہیں تاکہ گرافین میں موئیر اور فلیٹ بینڈز پیدا ہوں۔ یہ تصور موجودہ بہاؤ کو حاصل کرنے کے لیے دو جہتی مواد پر مبنی ڈیوائس کی خصوصیات کو نمایاں طور پر تبدیل کرنے اور اپنی مرضی کے مطابق کرنے کا ایک نیا اور منفرد طریقہ بن گیا ہے۔ "Twistronics" کے قابل ذکر اثر کو محققین کے اہم کام میں مثال کے طور پر پیش کیا گیا، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ جب دو سنگل لیئر گرافین کی تہوں کو θ=1.1±0.1° کے "جادوئی زاویہ" موڑ کے زاویے پر کھڑا کیا جاتا ہے، تو ایک بہت ہی چپٹا بینڈ ظاہر ہوتا ہے۔ .

اس مطالعے میں، بٹی ہوئی بائلیئر گرافین (TBLG) میں، "جادوئی زاویہ" پر سپر لیٹیس کی پہلی مائیکرو اسٹریپ (سٹرکچرل فیچر) کا انسولیٹنگ مرحلہ نیم بھرا ہوا تھا۔ تحقیقی ٹیم نے طے کیا کہ یہ ایک موٹ انسولیٹر ہے (سپر کنڈکٹنگ خصوصیات کے ساتھ ایک انسولیٹر) جو قدرے زیادہ اور کم ڈوپنگ سطحوں پر سپر کنڈکٹیوٹی کو ظاہر کرتا ہے۔ فیز ڈایاگرام سپر کنڈکٹنگ ٹرانزیشن ٹمپریچر (Tc) اور فرمی ٹمپریچر (Tf) کے درمیان اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹر کو دکھاتا ہے۔ اس تحقیق نے گرافین بینڈ کے ڈھانچے، ٹوپولوجی اور اضافی "میجک اینگل" سیمی کنڈکٹر سسٹمز پر بڑی دلچسپی اور نظریاتی بحث کی۔ اصل نظریاتی رپورٹ کے مقابلے میں، تجرباتی تحقیق نایاب ہے اور ابھی شروع ہوئی ہے۔ اس مطالعہ میں، ٹیم نے "جادوئی زاویہ" بٹی ہوئی بیلیئر گرافین پر ٹرانسمیشن کی پیمائش کی جو متعلقہ موصلیت اور سپر کنڈکٹنگ ریاستوں کو ظاہر کرتی ہے۔

0.93 ± 0.01 کا ایک غیر متوقع طور پر مسخ شدہ زاویہ، جو کہ قائم کردہ "جادوئی زاویہ" سے 15% چھوٹا ہے، بھی آج تک رپورٹ کردہ سب سے چھوٹا ہے اور سپر کنڈکٹنگ خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ ان نتائج سے ظاہر ہوتا ہے کہ نئی ارتباط کی حالت گرافین کی پہلی مائیکرو اسٹریپ سے آگے "جادوئی زاویہ" بٹی ہوئی بائلیئر گرافین میں ظاہر ہو سکتی ہے، جو بنیادی "جادوئی زاویہ" سے کم ہے۔ یہ "جادوئی ہارن" بٹی ہوئی بائلیئر گرافین ڈیوائسز بنانے کے لیے، ٹیم نے "ٹیر اینڈ اسٹیک" طریقہ استعمال کیا۔ ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ (BN) تہوں کے درمیان ڈھانچہ سمیٹے ہوئے ہے۔ Cr/Au (کرومیم/گولڈ) کنارے کے رابطوں کے ساتھ مل کر متعدد تاروں کے ساتھ ہال راڈ جیومیٹری میں نمونہ۔ پورا "جادوئی زاویہ" بٹی ہوئی بائلیئر گرافین ڈیوائس کو پچھلے گیٹ کے طور پر استعمال ہونے والی گرافین پرت کے اوپر بنایا گیا تھا۔

سائنس دان پمپ شدہ HE4 اور HE3 کریوسٹیٹ میں آلات کی پیمائش کرنے کے لیے معیاری ڈائریکٹ کرنٹ (DC) اور الٹرنیٹنگ کرنٹ (AC) لاک کرنے کی تکنیک استعمال کرتے ہیں۔ ٹیم نے ڈیوائس کی طولانی مزاحمت (Rxx) اور توسیعی گیٹ وولٹیج (VG) رینج کے درمیان تعلق کو ریکارڈ کیا اور 1.7K کے درجہ حرارت پر مقناطیسی فیلڈ B کا حساب لگایا۔ چھوٹے الیکٹران ہول کی مطابقت کو "جادوئی زاویہ" بٹی ہوئی بیلیئر گرافین ڈیوائس کی موروثی خاصیت کے طور پر دیکھا گیا۔ جیسا کہ پچھلی رپورٹس میں مشاہدہ کیا گیا، ٹیم نے ان نتائج کو ریکارڈ کیا اور ان رپورٹس کی تفصیل دی جو اب تک سپر کنڈکٹنگ رہی ہیں۔ خصوصیت "جادو کا زاویہ" بیلیئر گرافین ڈیوائس کے کم از کم ٹورشن زاویہ کو موڑ دیتا ہے۔ Landau فین چارٹ کے قریبی امتحان کے ساتھ، محققین نے کچھ قابل ذکر خصوصیات حاصل کی.

مثال کے طور پر، نصف بھرنے کی چوٹی اور لینڈاؤ کی سطح کی دو گنا انحطاط پہلے سے مشاہدہ شدہ مومنٹ جیسی موصلیت کی حالتوں سے مطابقت رکھتی ہے۔ ٹیم نے تخمینی اسپن ویلی SU(4) کی ہم آہنگی میں وقفہ اور ایک نئے نیم ذرہ فرمی سطح کی تشکیل کو دکھایا۔ تاہم، تفصیلات مزید تفصیلی معائنہ کی ضرورت ہے. سپر کنڈکٹیویٹی کی ظاہری شکل بھی دیکھی گئی، جس نے پچھلے مطالعات کی طرح Rxx (طول بلد مزاحمت) میں اضافہ کیا۔ اس کے بعد ٹیم نے سپر کنڈکٹنگ مرحلے کے نازک درجہ حرارت (Tc) کی جانچ کی۔ چونکہ اس نمونے میں سپر کنڈکٹرز کی زیادہ سے زیادہ ڈوپنگ کے لیے کوئی ڈیٹا حاصل نہیں کیا گیا، اس لیے سائنسدانوں نے 0.5K تک کا اہم درجہ حرارت فرض کیا۔ تاہم، یہ آلات اس وقت تک غیر موثر ہو جاتے ہیں جب تک کہ وہ سپر کنڈکٹنگ سٹیٹ سے واضح ڈیٹا حاصل کرنے کے قابل نہ ہو جائیں۔ سپر کنڈکٹنگ حالت کی مزید تحقیقات کے لیے، محققین نے آلے کی چار ٹرمینل وولٹیج کرنٹ (VI) خصوصیات کو مختلف کیریئر کثافتوں پر ناپا۔

حاصل کردہ مزاحمت سے پتہ چلتا ہے کہ سپر کرنٹ کا مشاہدہ ایک بڑی کثافت کی حد میں ہوتا ہے اور جب ایک متوازی مقناطیسی فیلڈ کا اطلاق ہوتا ہے تو سپر کرنٹ کے دبانے کو ظاہر کرتا ہے۔ مطالعہ میں مشاہدہ کردہ رویے کے بارے میں بصیرت حاصل کرنے کے لیے، محققین نے Bistritzer-MacDonald ماڈل اور بہتر پیرامیٹرز کا استعمال کرتے ہوئے "Magic Angle" بٹی ہوئی بیلیئر گرافین ڈیوائس کے Moir بینڈ کی ساخت کا حساب لگایا۔ "جادوی زاویہ" زاویہ کے پچھلے حساب کے مقابلے میں، کم توانائی کے موائر بینڈ کو ہائی انرجی بینڈ سے الگ نہیں کیا گیا ہے۔ اگرچہ آلے کا موڑ کا زاویہ کہیں اور شمار کیے گئے "جادوئی زاویہ" زاویہ سے چھوٹا ہے، لیکن اس آلے میں ایک ایسا رجحان ہے جو پچھلے مطالعات (مورٹ انسولیشن اور سپر کنڈکٹیوٹی) سے مضبوطی سے متعلق ہے، جسے طبیعیات دانوں نے غیر متوقع اور قابل عمل پایا۔

بڑی کثافت (ہر توانائی پر دستیاب ریاستوں کی تعداد) پر رویے کا مزید جائزہ لینے کے بعد، سائنسدانوں کی طرف سے مشاہدہ کی گئی خصوصیات کو نئی ابھرتی ہوئی موصلیت کی حالتوں سے منسوب کیا جاتا ہے۔ مستقبل میں، ریاستوں کی کثافت (DOS) کا مزید تفصیلی مطالعہ کیا جائے گا تاکہ موصلیت کی عجیب حالت کو سمجھا جا سکے اور اس بات کا تعین کیا جا سکے کہ آیا انہیں کوانٹم سپن مائعات کے طور پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ اس طرح، سائنس دانوں نے ایک چھوٹے موڑ والے زاویہ (0.93°) کے ساتھ بٹی ہوئی بیلیئر گرافین ڈیوائس میں موکس جیسی موصل حالت کے قریب سپر کنڈکٹیویٹی کا مشاہدہ کیا۔ یہ مطالعہ ظاہر کرتا ہے کہ اتنے چھوٹے زاویوں اور اعلی کثافتوں پر بھی، moiré کی خصوصیات پر الیکٹران کے ارتباط کا اثر یکساں ہے۔ مستقبل میں، موصلیت کے مرحلے کی گھماؤ والی وادیوں کا مطالعہ کیا جائے گا، اور کم درجہ حرارت پر ایک نئے سپر کنڈکٹنگ مرحلے کا مطالعہ کیا جائے گا۔ تجرباتی تحقیق کو اس رویے کی اصل کو سمجھنے کے لیے نظریاتی کوششوں کے ساتھ ملایا جائے گا۔